Reclaimed Asphalt Pavement (RAP), a precious resource for road an airport construction: aging effects, mechanical performance and environmental benefits

The increasing consumption of natural resources and producing a high amount of waste materials during road and highway construction projects besides rapid reduction in energy sources due to gradually increasing demands, emphasize the importance of sustainability in case of pavement construction. For that reason, the tendency to find sustainable options for pavement construction, operating and maintaining the transportation infrastructures, keeping the pavement quality in good condition and extending service life is growing between pavement industries. Environmental and economic benefits of incorporating recycled materials in pavement production have increased the tendency to use higher reclaimed asphalt pavement (RAP) in mixtures, which results in decreasing energy and virgin material consumption. RAP is a removed and reprocessed pavement material containing binder and aggregate, incorporating RAP can decrease the cost of construction, transportation, and energy consumption of virgin materials helps to conserve the environment by using fewer virgin aggregates in pavement construction. Although mechanical properties (strength and stiffness) and durability of RAP are the main concerns of pavement industries and researches conducted on improving RAP properties by blending them with virgin materials or using chemical additives, however, this method might not be environmentally friendly. As recycled aggregates and binders are still valuable even if they have reached the end of their service life, many types of research have been conducted in case of producing mixtures with a high content of RAP. However, there are various recycling methods such as hot/cold in plant/in situ, half warm asphalt mixtures and warm asphalt mixtures; there is still strict limitation in case of using higher content of recycled materials, RAP content of mixtures limited to 60% due to plant production issue in standards issued by policymakers. Even more, the possibility of using the total amount of RAP studied by several researchers around the world which highly depends on the material characteristics and requires more large-scale trials to evaluate the influence of RAP on the rutting, stiffness and fatigue performance of final mixture. The present thesis aims to investigate a 100% RAP mixture through sieves of laboratory evaluations on both aged bitumen and mixture in terms of performance and environmental effects. Performance assessment was developed according to experimental data gathered and analyzed over laboratory assessments focuses on the effectivity of rejuvenator agents and compaction temperature in order to control the performance of final mixture. The results showed the positive effect of rejuvenator agents in reactivating the RAP aged bitumen and proved the possibility of using 100% RAP in and sub-base as a reliable alternative to virgin materials. On the other hand, the mechanical performance tests confirmed the positive results obtained from the compaction and volumetric tests; indeed, stiffness performance, fatigue life, and rutting potential could be improved by using the compaction temperature to reactivate the aged bitumen of RAP.

Il crescente consumo di risorse naturali e la produzione di un'elevata quantità di materiali di scarto durante i progetti di costruzione di strade e autostrade, oltre alla rapida riduzione delle fonti energetiche dovuta a richieste sempre più crescenti, sottolineano l'importanza della sostenibilità in caso di costruzione di pavimentazioni. Per questo motivo, la tendenza a trovare opzioni sostenibili per la costruzione di pavimentazioni, il funzionamento e la manutenzione delle infrastrutture di trasporto, il mantenimento della qualità della pavimentazione in buone condizioni e l'estensione della durata di servizio è in aumento tra le industrie di pavimentazione. I vantaggi ambientali ed economici derivanti dall'incorporazione di materiali riciclati nella produzione di pavimentazioni hanno aumentato la tendenza a utilizzare pavimentazioni di asfalto rigenerate più elevate (RAP) in miscele, il che si traduce in una diminuzione dell'energia e del consumo di materiale vergine. RAP è un materiale di pavimentazione rimosso e rielaborato contenente legante e aggregato, incorporando RAP può ridurre il costo di costruzione, trasporto e consumo di energia di materiali vergini aiuta a conservare l'ambiente utilizzando un minor numero di aggregati vergini nella costruzione di pavimentazione. Sebbene le proprietà meccaniche (resistenza e rigidità) e la durata del RAP siano le principali preoccupazioni delle industrie di pavimentazione e delle ricerche condotte sul miglioramento delle proprietà RAP mescolandole con materiali vergini o utilizzando additivi chimici, tuttavia, questo metodo potrebbe non essere rispettoso dell'ambiente. Poiché gli aggregati e i raccoglitori riciclati sono ancora validi anche se hanno raggiunto la fine della loro durata di servizio, sono stati condotti molti tipi di ricerca in caso di produzione di miscele con un alto contenuto di RAP. Tuttavia, ci sono vari metodi di riciclaggio come caldo / freddo in piante / in situ, miscele di asfalto a metà caldo e miscele di asfalto caldo; esiste ancora una limitazione rigorosa in caso di utilizzo di contenuti più elevati di materiali riciclati, il contenuto RAP di miscele limitato al 60% a causa di problemi di produzione di impianti in standard emessi dai responsabili delle politiche. Ancora di più, la possibilità di utilizzare la quantità totale di RAP studiata da diversi ricercatori in tutto il mondo, che dipende molto dalle caratteristiche del materiale e richiede più prove su larga scala per valutare l'influenza di RAP sull'accoppiamento, la rigidità e la fatica della miscela finale . La presente tesi si propone di studiare una miscela al 100% RAP attraverso setacci di valutazioni di laboratorio su bitume e miscela sia in termini di prestazioni che di effetti ambientali. La valutazione delle prestazioni è stata sviluppata sulla base dei dati sperimentali raccolti e analizzati rispetto alle valutazioni di laboratorio, concentrandosi sull'effettività degli agenti ringiovanenti e sulla temperatura di compattazione al fine di controllare le prestazioni della miscela finale. I risultati hanno mostrato l'effetto positivo degli agenti ringiovanenti nel riattivare il bitume invecchiato RAP e hanno dimostrato la possibilità di utilizzare il 100% di RAP in e sottobase come alternativa affidabile ai materiali vergini. D'altra parte, i test meccanici hanno confermato i risultati positivi ottenuti dai test di compattazione e volumetrici; infatti, le prestazioni di rigidità, la vita a fatica e il potenziale di rutting potrebbero essere migliorati utilizzando la temperatura di compattazione per riattivare il bitume invecchiato di RAP.